聚氨酯树脂在上世纪30年代开始发展，此后作为重要的高分子材料被广泛应用在各个领域。而水性聚氨酯的研究紧随其后，开始于上世纪40年代，在1943年德国化学家Schlack首先将二异氰酸酯与乳化剂复配，之后加水高速分散并加入胺类扩链剂首次合成出聚氨酯乳液。1953年美国杜邦公司的研究人员以甲苯为稀释剂，将聚氨酯预聚物在水中分散，加入胺类扩链剂，最后加入乳化剂合成了具有一定分子量的水性聚氨酯。由于人们对聚氨酯树脂的认识还不够深入，因此低VOC的水性聚氨酯在当时并没有迅速得到应用。

上世纪70-80年代，随着欧美国家经济的高速发展，环境问题也开始出现，德国、美国等国家已经意识到了溶剂型聚氨酯对环境的危害，逐渐将研发方向转向水性聚氨酯领域，并开始有部分工业化产品推出。比如，在1972年水性聚氨酯作为溶剂型聚氨酯的替代产品，拜耳公司首次将其应用于皮革领域；在皮革领域逐步被大规模使用之后，欧美国家考虑到水性聚氨酯以水为稀释剂，不含或只含少量有机溶剂，对人体和环境的危害较小，因此在对聚氨酯应用领域不苛刻的领域，不断开始扩展其应用，如涂料、粘接剂及玻璃纤维浸润剂等。我国自从上世纪70年代开始涉足水性聚氨酯，到20世纪90年代，常州涂料化工研究院、安徽大学等科研院所在水性聚氨酯领域均有相关产品推出，进入21世纪后水性聚氨酯凭借其绿色环保、粘接强度高、成膜性能好、柔韧性可调等优点，我国诸如河北晨阳、万华化学等越来越多的企业都已开始进行水性聚氨酯研发和应用，已广泛应用于涂料、汽车内饰及运动地坪等领域。

据报道，2020年2月，德国巴斯夫发布消息指出其要在西班牙继续增加水性聚氨酯树脂的产能；目前巴斯夫的水性聚氨酯应用领域已经涵盖工业涂料、木器及粘接剂等领域，这一扩充产能的信号表明其研发领域仍在从溶剂型聚氨酯体系向水性聚氨酯体系转化。2021年6月，在中国合成革峰会上，万华化学宣布设立水性聚氨酯合成革应用研究中心，旨在提高水性聚氨酯在合成革领域的研发速度，提高其科技创新能力。2022年7月德国科思创公司（原拜耳公司）在其上海基地举行了两个工厂的动工仪式，两个工厂在未来均被用来制备水性聚氨酯分散体和弹性体，这些环保型树脂将被科思创应用在汽车、鞋类、建筑等领域，以满足其原材料需求。到2021年为止，水性聚氨酯在我国的总产能为51.18万吨，排名从高到低的企业分别为万华（6.42万吨）、水性科天（5万吨）、华峰（5万吨）、科思创3.5万吨及思盛（3.4万吨）。

现阶段，随着全球化竞争的加剧，专利信息已经成为各行各业捕捉技术最新发展的信息来源。据世界知识产权组织报道，全球科学技术发明约有90-95%会在专利中体现，而只有5-10%会在科技文献中体现。因此，通过已有专利来研究行业技术的发展和未来趋势可使企业研发少走弯路，可达到降本增效的效果。《2020年全国专利密集型产业增加值数据公告》指出，我国在2020年专利密集型产业增加值为121289亿元，占当年国民生产总值的11.97%，相较于2019年增加了0.35%。其中新材料制造业排在七个分类中的第四位，增加值为14064亿元，占专利密集型产业增加值的比重为11.6%。

聚氨酯是全球六大高分子合成材料之一，也是国家新材料领域发展的一个重要方向，而水性聚氨酯凭借其低VOC、性能优异，在近十年已经成为聚氨酯行业的研究热点。因此关于该领域的技术内容必然会在专利层面涉及，分析专利信息并进行系统性研究，无论是对聚氨酯生产商还是对政府决策部门都具有极其重要的作用。本文从水性聚氨酯领域专利地域布局、专利申请趋势、专利技术来源及技术构成等方面入手进行专利信息分析，并对相关趋势或表象结合实际情况进行讨论，给出相应建议。

本文在研究过程中利用智慧芽（PatSnap）全球专利检索数据库进行专利检索。该数据库深度整合了从1790年至今的全球116个国家地区的1.5亿多件专利数据及1.4亿多条文献数据。不但专利文献详实和全面，而且数据准确性高，可以为专利数据分析提供重要保障。 

检索式：TAC_ALL:("水性" OR "水基" OR "乳液" OR "水稀释" OR "水溶性" OR "水分散性" OR "水溶" OR "分散体") AND TAC_ALL:("聚氨酯" OR "聚氨酯材料" OR "聚氨酯树脂" OR "聚氨基甲酸酯") AND APD:[19430101 TO 20211231] AND IPC:(C08 OR C09 OR C07)。

其中，国际专利分类号C07代表：有机化学。C08代表：有机高分子化合物，其制备或化学加工，以其为基料的组合物。C09代表：染料；涂料；抛光剂；天然树脂；黏合剂；其他类目不包含的组合物；其他类目不包含的材料的应用。

2.1 专利地域布局

借助相关技术手段，分析水性聚氨酯专利地域布局情况，对于研究不同国家或地区的水性聚氨酯技术发展趋势至关重要，另外，对于今后企业或国家在该领域的产品竞争和资金投入有重要的参考作用。图1和图2分别为水性聚氨酯领域全球专利申请布局趋势图和现阶段专利数量图。

图1 水性聚氨酯全球专利申请布局趋势

图2 水性聚氨酯全球专利数量所在国地域分布

从图1可以看出，现阶段在水性聚氨酯领域，中国、美国及日本的专利申请数量有着绝对的优势，这三国已经是该领域的引领者。另外，在图1可明显看出，我国自本世纪初开始水性聚氨酯的专利申请量逐渐增多，呈现出指数级的增长，原因可能为在进入21世纪以来，我国提出科学发展观，在注重经济发展的前提下，也更加注重人民生活环境的质量，水性聚氨酯作为环境友好型产品进入大众的视野，并被研发人员所重视，专利申请量不断增加。在2012年当年度我国水性聚氨酯发明专利申请量超过美国，成为世界第一，并一直保持领先。2018年当年全球水性聚氨酯领域专利申请量，中国已经占据60%以上，从专利申请数量来看，中国已经是水性聚氨酯研发领域的大国。

结合图2可知，随着中国关于水性聚氨酯领域申请专利数量的大幅增加，现阶段水性聚氨酯领域的总体专利数量也已经位列第一，占总量的25%，远远超过美国和日本。从我国不同省份的水性聚氨酯专利数量来看，长三角和珠三角的专利数量明显占优，这可能与改革开放以来这两块区域经济发达，新技术新产品更新速度发展较快有关。比如安徽省，早在上世纪80-90年代安徽大学以王武生为主导的科研团队已经开始着手水性聚氨酯研发工作，经过数十年的科学研究，在水性聚氨酯领域已经成为我国的先驱者。2002年以安徽大学参股成立的安徽安大华泰新材料有限公司，经过数年的发展已经成为可年产1万吨水性聚氨酯的高新技术企业。同时，成立于2016年的合肥科天水性科技有限责任公司，主要业务为皮革企业提供上游原材料水性聚氨酯树脂的研发与生产，在2022年该公司获得专精特新“小巨人”称号，该称号由工信部颁发，是也对其在水性聚氨酯领域做出贡献的一个肯定。

2.2 专利申请趋势

科研工作者或专利工作者在进行专利分析过程中，研究专利申请趋势是一项必不可少的工作，因为一个领域是否值得涉足，该领域近年来的专利申请量是有效地判定方法。但需要补充的是发明专利一般是在3-18个月公开。图3中部分水性聚氨酯领域的专利可能在2021年申请，但由于未能在2021年度公开，导致在2021年专利统计出现误差，因此2021年的专利申请量从趋势上看有所下降。

图3 全球范围内水性聚氨酯专利申请趋势

水性聚氨酯技术起源于1943年，从图3可知，在1990年以前关于水性聚氨酯的专利增速较缓，1990年后开始增速变快，结合前文水性聚氨酯的发展历史可知，在上世纪70-80年代水性聚氨酯才开始逐步在欧美国家工业化应用，其专利申请趋势基本与水性聚氨酯的技术发展趋势吻合。同时也可以发现在2009年后水性聚氨酯全球专利的增速再次提高，也可能与2008年金融危机退潮后，企业在水性聚氨酯领域的产能提高，部分产品集中扩产有关。

但可以直观看出水性聚氨酯全球专利申请量在2019年来首次下降，从2018年的4752件降低至3925件。通过研究世界知识产权组织在2020年12月发布的《世界知识产权指标》指出2019年相对2020年全球范围内专利申请量下降了3%；该报告解释这主要是由于中国专利申请量的减少，如果不包括中国的数据，则全球去年的专利申请数将增长2.3%。报告显示，我国在2019年度的专利申请数量为140万件，相较于2018年整整下降了10.8%，是近24年来的首次下降，这主要是因为我国知识产权局开展了整体监管转型，以优化申请结构、提高专利申请质量。结合前文中图1可以看出我国是现阶段水性聚氨酯的制备大国和研发大国，在2019年我国水性聚氨酯领域的专利下降明显。因此，可以大致推断出受中国专利监管转型的影响，致使2019年水性聚氨酯全球专利申请量有所下降。

2.3 专利技术来源

表1列出了不同国家专利技术来源和专利布局情况，一般来说，从专利布局可看出不同国家或地区市场被关注程度，从专利技术来源则可看出不同国家的技术实力或水平。

表1 不同国家专利技术来源和专利布局情况

从表1可以看出，来源于中国、美国及日本的专利技术较多，从侧面可看出这三个国家在水性聚氨酯的研究较多。从专利布局来看，美国相对其他国家来说，在我国专利布局最多，达到1574件。我国在本国布局的专利最多，达到2万多件，远超其他国家在本土的专利布局，但从表1中也明显看出，相对于其他国家来说，中国企业在其他国家的专利布局较少，这不利于我国水性聚氨酯技术的保护，使国产的水性聚氨酯产品在全球化的竞争中难以脱颖而出。

2.4 核心申请人

2.4.1 申请排名

表2为全球范围内水性聚氨酯核心申请人的排名，从中可以看出该领域的技术水平较高的申请人。

表2 全球范围内水性聚氨酯核心申请人的排名情况

通过表 2 可知，全球范围内核心申请人中有4家德国企业（巴斯夫欧洲公司、拜耳公司、赫彻斯特股份公司、汉高股份有限公司）、3 家日本企业（DIC株式会社、三洋化成工业株式会社、三井化学株式会社）、有 2 家美国企业（纳幕尔杜邦公司、3M创新有限公司）、1 家中国企业（河北晨阳）。可以看出德国入选专利申请量前十的企业数目最多，值得一提的是拜耳公司，作为上世纪30年代聚氨酯技术的发明者，拜耳公司在水性聚氨酯领域依然有着较多的技术积累。但从结果发现，我国进入专利申请前十的企业只有一家，虽然我国拥有的水性聚氨酯专利数量已经达到首位，但专利技术较为分散，分布在不同企业中，水性聚氨酯领域技术型大企业较少。

2.4.2 专利布局

表3为水性聚氨酯核心申请人专利布局情况，从中可以分析得到不同申请人在各个国家或地区专利布局的倾向。

表3 水性聚氨酯核心申请人专利布局情况

从表3可以看出，除少数国外申请人外，大多数国外申请人专利布局都比较均衡，在不同国家或地区都进行专利布局。但唯一入选专利申请前10的中国申请人并未在其他国家进行专利布局，从中也可看出，我国企业将较多的精力放在国内专利的布局，不太注重国际专利的申请，这将不利于我国企业参与全球领域水性聚氨酯的市场竞争，缺少国际话语权。因此，引导国内水性聚氨酯企业加强专利海外专利布局，是行业或政府等相关机构需要解决的问题。

2.4.3 技术构成

表4列出的是全球水性聚氨酯领域核心申请人的专利技术构成情况，一般来说，从专利技术构成可以清晰且直观的看出不同申请人的专利保护的侧重点及专利布局的技术组成，对于研究不同企业的技术发展方向有着指导作用。

表4 全球水性聚氨酯领域核心申请人的专利技术构成情况

不同技术领域有着不同的IPC分类号，通过对全球核心申请人的水性聚氨酯专利IPC分类进行汇总，从表4可以明显看出，水性聚氨酯技术领域大多侧重在C08G18（异氰酸酯类或异硫氰酸酯类的聚合产物）、C09D175（基于聚脲或聚氨酯的涂料组合物）、C08L75（聚脲或聚氨酯的组合物）、C09D5（以其物理性质或所产生的效果为特征的涂料组合物）、C09D7（C09D5中不包括的涂料成分特征）及C08J3（高分子物质的处理或配料的工艺过程）。德国、日本及美国的水性聚氨酯企业在上述各个IPC分类中均有专利布局，技术构成比较完整，表明其在水性聚氨酯多个领域均有涉足。再次对比入选的国内企业，结果发现该企业在10个IPC分类中，只涉足了4个，基本在C09D175、C09D5、C09D7这三个领域，只有少量专利涉猎C08G18，在C08L75、C08J3等领域基本没有涉足，这些都是该公司后期需要去加强研究和布局的重要领域。

2.4.4 典型专利分析

表5中列出了水性聚氨酯领域的典型专利。

表5 水性聚氨酯典型专利

*专利价值为智慧芽专利系统根据专利的战略价值、市场价值、技术价值、经济价值及法律价值综合考虑计算得出的专利价值。

CN201611136844.4公开了一种能提升眼镜框舒适度的环保涂料及其制备方法，该方法将溶剂与水性聚氨酯树脂混合，再将水性环氧树脂、橡胶树脂、氟碳乳液等材料与溶剂混合加热溶解，将两部分混合物混合搅拌均匀即得环保涂料。将其应用在镜框领域能够显示提高材料服役时间和使用舒适度。

CN201610494902.4在2022年获得第九届安徽省专利银奖，其公开了一种用于合成革面料的水性聚氨酯树脂及其制备方法，其中羟基组分选用的是聚硅氧烷二醇和聚碳酸酯二醇，通过有机硅的引入，使得应用该树脂的皮革面料耐水、耐磨等性能大大加强，同时面料软而不粘。

CN201310416013.2公开了一种氨基磺酸改性的多异氰酸酯及其制备方法和用途，采用两步法的新工艺，使更难以反应的氨基磺酸单体能够与多异氰酸酯反应，制备出的多异氰酸酯固化剂具有一定的乳化能力，同时由于磺酸基团含量低，所制备的涂层耐水、耐化学介质性能得到提高。

US12/741887/CN200880114935.5公开了一种基于聚氨酯-聚氨酯脲水性分散体的水性分散体粘合剂的制备方法，该分散体适合做粘合剂原料，通过蒸发水或以其他方式除去水获得的热活化性膜，与现有技术产品相比具有较好的初始高温稳定性及耐热性。

研究发现，水性聚氨酯领域的专利大致可分为树脂制备方法和树脂应用方法两大类。从上述典型专利可以看出，价值高的专利往往涉及水性聚氨酯树脂制备方法，即通过分子结构设计，制备出性能优异的水性聚氨酯产品；而涉及树脂应用方法的专利的价值往往较低。这可能与专利的保护范围有关，涉及合成的专利保护的内容较多，同时创新性较强，有较好的技术价值和市场价值。国外公司往往在合成领域布局较多，因此对于国内企业来说，在技术范围内增加合成类水性聚氨酯的专利有利于获得高价值专利。

3.1 总结

（1）基于全球水性聚氨酯专利申请趋势，整个水性聚氨酯领域的专利申请在从1990以来的30多年里面有着迅猛的增速，而我国相对其他国家发展最快，在2012年我国当年水性聚氨酯专利申请量已经成为世界第一，到2021年我国在该领域专利数量已占总专利数量的25%，远超其他国家。

（2）从国内专利布局来看，我国长三角和珠三角对水性聚氨酯的研发和应用较为领先，布局较多的专利。从海外专利布局来看，我国在美国、日本及欧洲等国家的专利布局很少，而欧美发达国家则更重视在不同国家或地区的专利布局，只注重本土市场长此以往将不利于我国的全球范围内的市场竞争。

（3）从技术构成来看，水性聚氨酯的合成或改性是国外大公司进行布局的热点，而我国企业往往在树脂应用领域进行较多专利布局，因此，对于国内企业来说，注重研究树脂制备领域的技术，将有助于获得高价值专利。

3.2 相关建议

（1）结合前文研究，我国水性聚氨酯的专利申请量相较其他国家有明显的优势，但这并不意味着我国在该领域的核心技术也占据优势，从专利技术构成看我国在水性聚氨酯基础研究领域较为薄弱，在树脂的应用拓展领域技术较强，从这可以推断出目前我国仍有多数企业使用进口树脂搭配其他原材料进行生产制造，但这种产业模式缺少产品的议价权，原材料的使用受制于人，因此企业从长远出发一方面需要从水性聚氨酯的基础研究领域进行科学研究，并进行专利布局；另一方面应该侧重对自身的主要技术进行海外布局，筑牢中国水性聚氨酯产业参与全球竞争的专利根基。

（2）从全球核心申请人的专利分析可知，我国虽然是水性聚氨酯领域的专利大国，但并不是强国，只有1家企业进行全球申请前十名，缺少行业引领性的头部企业，因此可以看出我国水性聚氨酯的研发企业较多，技术研究较为分散，这可能需要国家或行业组织引导相关企业优势互补、联合开发、做大做强，目前已经进入全球竞争日益激烈，只有我国企业或高校形成技术联合体才能与国外水性聚氨酯巨头展开竞争，占据全球市场的一席之地。在这方面可以参考安徽大学与安徽安大华泰新材料有限公司这种合作模式，通过学校的基础研究实力，再搭配企业的工业化技术和市场推广能力，快速实现水性聚氨酯技术的成果转换。

（3）随着国家和企业对知识产权越来越重视，专利信息与科技文献一样，也已经是各行各业必不可缺的信息情报来源，能否获取准确和可靠的专利信息也成为决策能否成功的关键。因此，我国知识产权相关部门或地方政府应建立水性聚氨酯领域的专利搜集和分析系统，根据行业专利信息引领企业根据薄弱领域进行有效技术投入，并给政府招商引资或决策提供参考，推动水性聚氨酯行业的可持续发展。